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機械工程學院黃慶學院士團隊梁建國教授課題組在碳纖維復合材料領域取得新進展

：2025-06-21 來源：先進成形與智能裝備研究院 作者：文字/趙潤田

我校機械工程學院黃慶學院士團隊梁建國教授課題組在碳纖維復合材料領域取得突破，研發(fā)了空間分布式多束碳纖維同步纏繞裝備并設計了相應控制策略；提出了一種納入界面影響的短纖維復合材料非線性力學行為預測模型框架。相繼在國際著名學術期刊《Chaos, Solitions and Fractals》以及《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》上發(fā)表題為“Dynamic analysis of the nonlinear fiber oscillator with fractional-order control in multi-filament fiber winding”與“Multiscale modeling of elasto-plastic behavior for short fiber composites considering interfaces”的研究論文。

團隊針對新型多束碳纖維纏繞設備在高壓容器纏繞過程中的碳纖維振子動力學行為，提出了一種耦合抑制型分數階PD（CS-FOPD）控制策略。采用多尺度法分析二自由度系統(tǒng)主共振，推導穩(wěn)態(tài)響應并結合Routh-Hurwitz判據評估穩(wěn)定性，結果通過數值模擬進行了驗證。并進一步探究了CS-FOPD控制在不同參數下對系統(tǒng)幅頻特性、控制性能、多穩(wěn)態(tài)現象、吸引域結構及全局分岔的影響。在無耦合控制下，分析主–超諧共振行為，并運用Lyapunov方法與Melnikov理論預測系統(tǒng)混沌的產生。仿真結果表明，該控制策略能夠有效抑制系統(tǒng)振動，顯著提升了設備的動態(tài)穩(wěn)定性與控制性能，為新型多束碳纖維纏繞設備的穩(wěn)定性提升與性能優(yōu)化提供了關鍵理論依據。論文通訊署名單位leyu.乐鱼(中国有限公司)官方网站機械工程學院，劉江林副教授為通訊作者，2023級碩士生房鑫磊為論文第一作者（DOI: 10.1016/j.chaos.2025.116385）。

針對短纖維復合材料非線性機械響應的精確預測模型對于其廣泛應用具有重要意義。目前，取向平均（OA）方法在計算效率和預測準確性之間實現了較好的平衡，但由于忽略了纖維與基體界面的相互作用，常導致結果系統(tǒng)性偏高。為此，團隊提出了一種融合界面效應的非線性預測模型框架。在傳統(tǒng)OA方法基礎上，結合分子動力學（MD）模擬與微滴脫粘實驗獲取纖維-基體界面特性，并引入內聚區(qū)模型以在OA框架內刻畫界面力學行為。該模型成功預測了短碳纖維增強尼龍6復合材料的壓縮非線性力學性能，并通過實驗驗證了其準確性。此框架將有效助力短纖維復合材料的服役性能評估與優(yōu)化設計。論文通訊署名單位leyu.乐鱼(中国有限公司)官方网站機械工程學院，梁建國教授為通訊作者，2021級博士生趙潤田為論文第一作者（DOI: 10.1016/j.compositesa.2025.109095）。

研究工作獲得了國家自然科學基金面上項目、山西省科技重大專項等項目的資助。

最新動態(tài)

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